间隙平衡技术在初次全膝关节表面置换术中的近期应用

夏 磊，佑路标，代 瑞，张旭辉，马珍珍，李 莉，赵军红，毛利宾，高 捷

随着我国人口老龄化程度的不断发展，人民对疾病重视程度不断加深，膝骨关节炎已成为目前骨科疾病中高就诊率的疾病之一。膝关节作为下肢负重关节的重要一环，当发生疼痛、肿胀、活动受限乃至畸形等症状将会给患者带来巨大的困扰［1-5］。作为其发病终末期的治疗手段，全膝关节表面置换术（TKA）是目前十分明确的行之有效的手术方案，该手术可有效矫正因磨损、变形导致已发生偏移的下肢关节力线［6］，术中可通过截骨及软组织松解来达到修正下肢力线的目标，与此同时获得良好的内外侧间室及屈伸间隙在空间及压力上的对等。综观国内外发展现状，目前临床上最常用的手术技术主要包括测量截骨技术以及间隙平衡技术（gap balancing，GB）［7-11］。

1 间隙平衡技术概述及相关文献来源

随着手术技术的不断改进及人工膝关节假体材料和设计理念的进步，对于接受初次全膝关节表面置换术（PTKA）的患者，其术后的生存率已得到显著延长［12］。通过多临床中心随访数据研究显示，目前，膝关节假体尽管可以通过置入后的本身形态获得等间距，但其周围软组织张力不平衡是影响其生存率的主要原因之一，其中尤其以内侧间隙挛缩常见［13-16］。由于此种原因所致的局部应力集中将直接导致聚乙烯内衬的局部加速磨损甚至于各界面之间例如骨性平台与金属假体间产生微动，继发关节疼痛、绞索乃至不稳，最终导致假体松动，假体生存时间缩短。由此可见，在全膝关节表面置换术（TKA）中，得到骨性结构及周围软组织在空间及压力上的平衡状态显得尤为重要［17］。目前常用的测量截骨技术通过参照骨性标志 （如胫骨结节，Whiteside线，股骨外上髁轴，股骨后髁连线等）进行胫骨平台截骨、股骨假体旋转定位和前后髁截骨，相对地，由于主观性及技术本身局限（股骨及胫骨截骨分别依据各自骨性标志测量，参考标准可存在差异），易导致股骨假体旋转不良，屈曲失稳等情况出现［18，19］。 而GB正是基于解决此类问题作为主要目的核心得到推广及发展。其可提高膝关节屈曲稳定性及延长假体生存年限的优点已被文献所证实［20-22］。笔者通过系统回顾GB的相关文献，来阐述该手术技术的理论支撑、技术优势、缺陷及发展趋势。

检索Pubmed数据库，检索式为：“gap balancing”AND“total knee arthroplasty”AND“measure resection”AND“biomechanics of knee joint”，并在中国知网数据库、万方数据库进行检索、中文检索式为：“间隙平衡”与“膝关节置换”与“测量截骨”与“膝关节生物力学”，时间跨度为1976年1月—2018年12月。设立入选标准，纳入标准：选择内容与采用间隙平衡法完成人工膝关节标准置换术及比较测量截骨法与间隙平衡法相关数据、软组织平衡力学、组织学相关的文献。排除标准：排除非中、英文文献及非人体实验研究，除外重复的研究文献。最终通过检索结果及评价筛选出的所有选用的文献均为相关性较高，并且拥有突出代表性和权威性，能表现出目前最新的间隙平衡技术实际应用技巧及经验体会。

2 膝关节相关生物力学

膝关节在解剖学上列属屈戍关节。但是其运动绝不是单纯的铰链运动，而是由多轴心三维运动组成。膝关节的屈伸活动中，屈伸活动的横轴会存在一定的移动距离，在不同的角度其旋转中心会发生变化，由瞬时旋转中心所构成的移动轨迹形成“J”型曲线。股骨髁在矢状面上的弧线长度是胫骨平台的两倍，屈膝过程中，股骨髁初始为滚动，后转为滑动。同时在屈伸过程中也存在旋转，如果以股骨髁为参照，膝关节在屈曲90°时，可出现胫骨的20°内旋，而伸膝时可出现胫骨 20°外旋［23］。 除此之外，膝关节还有轻度的侧方活动。伸膝位，关节内外翻存在2°活动度，屈膝时可增加至8°。膝关节面表浅，匹配度较小，其稳定机制由韧带，半月板，关节面形态，关节囊等被动稳定装置及由中立地面抓力和肌力产生的主动稳定装置构成。增加关节负荷，关节稳定性增加，这被称作加压稳定装置［24-26］。在正常解剖情况下，膝关节的稳定依靠的正是上述机制。因此任意的组织结构缺失或变形都可能是导致失稳的诱因。要在膝关节的畸形状态下恢复其复杂的运动，对人工膝关节假体关节面的设计有着很高的要求，而正确合理地安装匹配假体［27］，使其在屈伸，轴向旋转，前后移动，内收外展对抗多向应力是起码的要求。在此基础之上，关节周围软组织平衡可以减小假体关节面的限制必要性，发挥负荷分担作用。初次全膝关节表面置换术（PTKA）其目的通常定位为解决膝关节畸形疼痛的最后手段。避免患者再次承受关节翻修手术的风险也作为决定手术适应证选择的重要条件［28，29］。所以其疗效的优良率及长期性尤为重要。它有赖于下肢正常力线的恢复。假体安置的理想角度和仿生设计，恢复关节面的正常生物力学运动分布。

3 GB的发展历史

全膝关节表面置换术（TKA）作为治疗终末期膝骨关节炎的确切治疗方案，已经在全世界范围内得到广泛认可和开展。其治疗目的是纠正下肢异常力线并获得在屈伸位相等的关节间隙及内外侧对等的间隙距离及应力。精确的内外侧软组织平衡和准确截骨完成骨性平衡是全膝关节表面置换术（TKA）的重点同时也是难点所在。随着手术实例的不断积累，操作技术的不断成熟发展，形成了较为完备的理论基础及技术特色，纵观目前主要应用的方式，归纳而言主要分为测量截骨技术及间隙平衡技术。其中，尤其是GB在近年来越来越多的得到手术医师的青睐，在临床中也逐渐得到更多的应用。早在 1970年，由Freeman等［30］便在临床工作中将其经验归纳总结并付诸实践，首先提出并采用屈曲间隙优先的间隙平衡技术，获得良好临床疗效。紧随其后，在 Freeman 的研究基础上，由 Insall等［31，32］的手术团队实施技术改良，并根据自身病例积累归纳提出了伸直间隙优先的间隙平衡技术理论。同样也在临床工作中取得了良好的功能评分及随访数据。并在后续的临床工作中逐步改良，并制备了配套的工具，使该技术在理论及实践中逐渐得到完善，提高了手术效率及临床疗效。

4 GB的使用原理

间隙平衡技术的临床应用有其基本要求。需要在准确的胫骨平台截骨之后，通过去除骨赘、松解软组织后再进一步行股骨的前、后髁及远端关节面截骨来达到技术要求。此种手术技术在实际操作中，根据胫骨、股骨截骨操作的先后顺序，又可以分为屈曲间隙优先方法与伸直间隙优先方法。其中，屈曲间隙优先方法操作原理为：在显露膝关节骨质后，在屈膝位向前尽量脱出胫骨平台，在力线杆辅助下性胫骨近端截骨，使截骨面垂直胫骨力线，去除增生骨赘并适度行周围软组织松解，在确保内外侧张力相同或接近的情况下使均匀撑开的屈曲间隙能够使通髁线平行于胫骨近端截骨面，以此来明确股骨外旋角度。以此标准行股骨前后髁截骨制备内外侧平衡的屈膝间隙。之后参照此间隙的宽度距离在伸膝位时标记伸直间隙，按此标记行股骨远端截骨来获得等量的伸直间隙。而伸直间隙优先方法［33］操作原理为：首先分别垂直胫骨力线行近端平台截骨，并按照术前预先测量的股骨外翻角度行股骨远端关节面截骨，以此伸直平面为基础，行骨赘清理及软组织松解达到截骨面平行，以此间距为标准再于屈膝90°位参照通髁线以工具辅助确定后髁截骨水平及外旋角度。完成截骨获取内外侧及屈伸间隙平衡。

5 GB的优势

5.1 膝关节内外侧间隙屈伸间隙的平衡性、对称性更佳在初次全膝关节表面置换术（PTKA）中，目前所追求的明确目标正是在0°伸直位及90°屈膝位获得同等的关节间隙，同时，始终保持内外侧间室的等距等张力平衡。在获得骨性平衡的基础上，软组织的准确松解起到极重要的作用（图1）。在之前相对更主流的测量截骨技术中，要求术者分别通过不同的截骨导板在股骨及胫骨端参照骨性标志进行骨平面的制备，而后通过不同型号的Spacer的操作来调整软组织的平衡操作。由于该项技术操作基于不同的骨操作界面分别进行，而且由于截骨导板的内设角度为固定值，同时由于参考标志的测量往往存在不同程度的误差，导致初步的屈伸间隙及内外侧间隙不等的概率相对增加，同样的，由于同等程度的软组织松解会导致屈伸间隙不等量变化，从而导致最终无法达到完美的间隙平衡［34］。间隙平衡技术在相较之下，直接弱化或略过由解剖统计数值所指导的经验性截骨及软组织平衡，通过在伸直或者屈曲位首先获得内外侧间隙平衡，再根据首先获得的平衡间隙获取数值，从而确定另一间隙的截骨水平标志，以此为参照进行截骨，达成间隙平衡。弥补了测量截骨技术可能导致的术后缺陷。查阅文献发现，Griffin等的回顾性研究发现［35］，在按纳入标准所挑选的接受初次全膝关节表面置换术（PTKA）的患者中，采用间隙平衡技术的病例共84例，通过对术后膝关节屈伸活动进行研究，发现其屈伸间隙差异≤3 mm。日本学者松本教授所在团队通过临床对比研究得出的结论［36］：在采用了GB与测量截骨技术的关节置换术中，使用CR假体达到完全平衡的比例分别为66.7%与50.0%，而PS假体中达到完全平衡的比例分别为44.4%及28.0%，可见，GB相对于测量截骨技术更容易获得内外侧间隙及屈伸间隙的均匀平衡，误差更小。

图 1 膝关节截骨后屈伸间隙及内外侧间隙示意

5.2 股骨外旋角度适配性更佳膝关节置换术中股骨组件水平轴位视角下的旋转稳定性对于手术后的运动功能、患者主观感受及术后功能评分非常重要，是术后取得良好反馈的重要条件［37］。股骨旋转控制对髌骨运动轨迹的影响直接关系到术后髌骨关节的并发症发生率［38］。在测量截骨法中，由于外旋截骨导板通常为参考股骨后髁连线固定3°外旋，由于后髁发育，畸形，损伤及测量模块放置等个体情况导致的差异，其连线与通髁线夹角往往存在较大变化，从而导致外旋截骨存在不稳定性，直接影响到屈曲间隙的平衡性。而就这一点而言，间隙平衡技术直接聚焦于准确获得屈曲间隙所适配的股骨旋转，其不依赖于骨性标志物的特点决定了其标准明确，变异性较小。统一通过起始标志为基础截骨，再通过松解软组织达到间隙平衡。Kreuzer等的研究证实，测量截骨技术需参照骨性标志物进行截骨［39］，与之相比，GB采用兼顾软组织平衡的解雇方式，在全膝关节表面置换术（TKA）后往往可获得更优的旋转稳定性。同样的，Yau等的研究也指出：目前常用的确定股骨外旋角度的截骨技术主要包括通髁线参考法、股骨前后轴参考法、后髁线参考法及间隙平衡技术，通过对上述这几种不同方法进行对比发现，相较于其他方式，采用间隙平衡技术的病例旋转稳定性拥有明显的优势［40］。Lee等的研究指出，相较于其他方式，GB是获得精准股骨外旋角度的最佳方式，参考股骨后髁连线、通髁线等骨性标志物行股骨后髁关节面截骨的测量截骨技术存在一定缺陷，容易导致股骨假体外旋不足甚至内旋［41］。

5.3 术后功能评判较优在评估全膝关节表面置换术（TKA）后膝关节功能的诸多文献中，关于测量截骨技术及间隙平衡技术相对比的数量较多。就目前 随 访 评 分 而 言 孰 优 孰 劣 仍 存 在 争 议［34，41，42］。Hommel等的研究指出：间隙平衡是一种安全可靠的技术。通过比较间隙平衡技术及测量解雇技术在术后10年时的KSS评分可以被认为是等效的，并且术后的小优势可能不会超出临床相关性［43］。孙振辉等的研究发现采用间隙平衡技术与采用测量截骨技术的分组病例在术后膝关节功能评判无明显差异，具有相似的中期随访结果［7］。松本教授等的研究指出，通过对两种手术技术的对比，采用GB显然在术中实现膝关节的屈伸间隙平衡拥有更好的优势，但对于术后2年随访数据进行分析，两者膝关节功能评分并无明显差异［36］。Churchill等的研究指出：测量截骨和间隙平衡技术行膝关节置换术均可取得了良好的生存率和术后效果［44］。这表明，这两种方法都具有相似的短期结果。

6 间隙平衡技术的缺点与局限

6.1 对胫骨近端截骨及软组织松解要求较高相对于股骨截骨，胫骨截骨为独立进行的测量截骨技术，GB中所有的截骨标准都会以胫骨近端的平面截骨为准。所以胫骨侧的这“第一刀”的准确性尤为重要。针对骨性平衡的操作是完成膝关节屈伸间隙及内外侧间隙对等的初步要求，截骨的不准确将直接导致间隙不等［45］。GB是在胫骨平台截骨面的参照上，借助间隙撑开装置辅助，确定松解软组织的范围和程度，再决定股骨前、后髁截骨，可能会因为术者对软组织松解度的把握及判断能力不同，导致股骨旋转截骨调节不良。孙振辉等［7］研究报道，在严重的膝内翻病例中，存在为达到软组织平衡而过度松解内侧软组织的情况，这有可能会导致股骨后髁发生截骨偏差，导致股骨假体外旋不足，乃至内旋，引起术后膝功能不良、患者主观感受不适等情况。

6.2 关节线上移对于关节线的掌控是膝关节置换术中不可回避的重点。通常在使用测量截骨技术时，股骨、胫骨部分的截骨可根据骨片测量、试模测试或估算假体具体厚度来进行调整，尽量将膝关节线调节在可接受的范围之内。而间隙平衡技术的操作特点为，通过初始胫骨平台截骨后，先去除骨赘、松解软组织达到理想程度，再进行股骨的前后髁截骨，而不可避免的，由于对后交叉韧带的松解或者完全切除证实会明显增大膝关节屈曲间隙，相较去除后交叉韧带后对于伸直间隙的微弱影响，两者之间对比变化可存在≥2 mm的增大。因此，为保证屈伸间隙的平衡，术者往往会需要更多的截取股骨远端骨质，通常情况下，为了达到屈伸平衡，术者会选择在股骨远端直接加截2 mm，同时通过增加胫骨垫片厚度来达到稳定。而这样的操作将会直接导致术后的关节线上移［39，42，46，47］。 研究证实，包括间隙平衡技术在内，膝关节畸形的程度、力线的改变和假体植入类型对预测关节线移位没有太大帮助［48］，因此对于关节线的掌控存在困难。但值得庆幸的是，实验数据表明，膝关节线的改变程度通常与伸膝装置功能呈负相关，且存在安全区间。有学者的实验研究证实，采用后方稳定型膝关节假体（PS）的患者，除非术后关节线发生改变＞4mm，否则膝关节功能不会受到太大影响。文献显示，在大宗病例报道中罕见使用GB行全膝关节表面置换术（TKA）后，关节线上移未控制在4 mm内的个案，因此并没有对膝关节术后功能造成明显的影响［39］。

6.3 对膝关节周围韧带的完好性有较高要求膝关节周围韧带尤其是内、外侧副韧带是维持膝关节稳定的重要结构，也是GB的主要调节部分。其缺失，过度挛缩等情况均可导致特定膝关节角度下的周围软组织张力难以调整，导致间隙不等。在参照胫骨平台行股骨侧截骨的前提下，往往导致的结果便是股骨远端无法达到理想旋转。齐志远等研究指出：对于严重的膝关节内翻畸形，唯有广泛行内侧软组织松解才能置入Spacer或假体试模达到基本要求的患者，不推荐使用间隙平衡技术。Springer等的研究同样提出，严重内外翻畸形的膝关节通过截骨及额外松解侧副韧带才能勉强恢复正常下肢力线的病例，不适宜使用间隙平衡技术［42］。

6.4 屈膝过渡期不稳GB的刚性要求为在0°伸直位及屈膝90°位获得屈伸间隙平衡，如前文所述，多数情况下，尤其是在使用后方稳定型膝关节假体的情况下，会需要追加股骨远端截骨，这会引起在屈膝过程中段发生内外侧间隙不平衡，且其不稳程度与股骨远端的追加截骨量呈正相关性［47］。在使用测量截骨技术的病例中，截骨量的大小会依据拟使用的假体厚度来决定，同时在测量工具的辅助下截骨数值相对稳定，而间隙平衡技术则不同，为获得屈伸间隙的平衡，大多需要增加股骨远端截骨厚度，由于其测量标准为膝关节0°伸直位及屈膝90°位，而膝关节屈曲活动非同心圆运动，以胫骨平台为参照，存在一定程度股骨后滚，因此往往在屈膝角度过渡中发生不稳。这也是间隙平衡技术为部分手术医师所诟病的地方。屈膝过渡期的稳定是获得术后良好的关节功能和患者良好主观感受的基础。国外学者Castelli等的研究也得出了相似结论，间隙平衡技术确实可以帮助患者实现术后屈膝90°和0°伸膝时内外侧间隙平衡，但是并没有达到屈膝过渡期的稳定［49］。

综上所述，全膝关节表面置换术（TKA）是目前外科治疗晚期膝骨关节炎安全有效的标准治疗方法之一。准确归位正常下肢力线和内外侧间隙、屈伸间隙平衡时影响TKA术后膝关节运动功能及假体使用年限的重要因素［50］。为此，做好术中的骨性平衡和软组织平衡显得尤为重要。GB中增加截取股骨远端骨质来获得屈伸间隙平衡的同时会上移关节线，但是大部分文献中的数据提示关节线上移基本上控制在屈伸间隙最佳的3 mm内，从而对膝关节术后功能无明显影响。除严重膝内外翻，胫骨前脱位困难，后方重度屈曲挛缩等特殊情况需广泛软组织松解者，GB适应证广。其不依赖骨性标志物，较测量截骨技术更易获得内外侧及屈伸间隙平衡，旋转稳定及准确的下肢力线，便于术中操作及评估，是其相较于测量截骨技术比较明确的优势。而两者术后疗效无统计学差异，因此可依据术者习惯及经验优选选择或结合使用［11，51-53］。